Катод с подогревом Советский патент 1933 года по МПК H01J1/20 

В основном авторс| ом свидетельстве N° 266 описан способ нагрева эквипотенциального катода в электронных лампах, состоящий в том, что между катодом и накаливаемым током проводником помещено электрически изолирующее, проводящее тепло вещество. В качестве такого вещества обычно применяются фарфор или кварц в виде трубок с одним или двумя отверстиями, либо окись алюминия и т. п., которой заранее плотно покрывается проволока подогревателя.

Катод большей частью изготовляется из никеля или платины, покрытых окислами щелочно-земельных металлов, причем он является в то же время камерой, в которой содержится подогреватель с изоляцией. Это объясняется тем, что остальные электроды электронных ламп , как-то сетки, аноды и т. п. должны быть тщательно экранированы этой камерой- катодом от неэквипотенциального подогревателя. Однако, существующие катоды с подогревом, удовлетворяя требованиям эквипотенциальности, обладают целым рядом существенных недостатков.

(513)

Значительная эмиссионная способность, таких катодов, соответствующая больщой поверхности и энергии, затрачиваемой на подогрев, не может быть использована вследствие значительности объе ного заряда и невозможности достаточно приблизить дополнительные электроды, например, управляющую сетку, из-за, сильного нагрева лучистой теплотой катода. Так как наиболее выгодная, подобная поверхности катода, цилиндрическая сетка не может быть расположена, близко от катода, то предпочитают невыгодную по существу форму плоских сеток, выигрывая на том, что греется не вся сетка, а только середина.

Для увеличения крутизны характеристики в лампах с такими катодами казалось бы возможным пойти по пути увеличения размеров катода, но результаты были бы весьма незначительны,, если принять во внимание возрастание энергии, затрачиваемой на накал, и еще больщие трудности с нагревом дополнительных электродов; кроме того увеличение объема и количества изоляционного материала между подогревателем и катодом весьма нежелательно, как с точки зрения трудности обезгаживания при откачке (изоляционные материалы обычно содержат весьма много окклюдированных газов), так и с точки зрения опасного перегрева проволоки Подогревателя, температура которой сильно возрастает с увеличением поверхности катода и увеличением толщины изоляции вследствие обычной для электроизолирующих веществ плохой теплопроводности.

Согласно предлагаемому изобретению, с целью устранения вышеперечисленных недостатков, катод снабжен одним или несколькими выступами по типу уже известных катодов, причем форма и сечение этих выступов подобраны так, чтобы их тепловое сопротивление было достаточно мало для получения равномерной температуры по всей поверхности катода. Размеры самого катода (камеры) подбираются так, чтобы подогреватель был отделен от него минимальным слоем изоляции и эта последняя не препятствовала передаче тепла выступам.

На чертеже фиг. 1 изображает разрез электронной лампы с предлагаемым катодом, фиг. 2-разрез лампы с видоизмененным катодом, и фиг. 3-7-различные формы выполнения катода.

Катоды обычно помещаются в атмосфзру весьма разреженных газов и охлаждаются поэтому, главным образом, за счет потери тепла лучеиспусканием, пропорциональным, как известно, четвертой степени абсолютной температуры, выступы же подогреваются благодаря значительной теплопроводности металлов, мало зависящей от температуры. Таким образом, действительно, если рассмотреть все участки, по которым тепло передается от подогревателя до баллона, заключающего катод, или, если он прозрачен, до окружающих баллон предметов, то становится ясным, что для получения, примерно, одинаковой температуры по всей поверхности катода необходимо и достаточно, чтобы тепловым сопротивлением его можно было пренебречь по сравнению с тепловыми сопротивлениями прочих участков тепловой цепи, в особенности примыкающего к

катоду промежутка,.наполненного в высокой степени разреженным газом и, стало быть, обладающего уже по одной этой причине большим тепловым сопротивлением. Практическим пределом в этом отношении является возрастание теплоемкости катода с увеличением сечения выступов и, следовательно, с увеличением промежутка времени, в течение которого установится тепловой режим после включения подогревателя. По данным автора минимальные сечения выступов (примерно, 0,1 м.н достаточны для передачи тепла на значительные от камеры расстояния (на 10 мм и больше) без заметного падения температуры, причем время стабилизации теплового режима не превосходит нормальных величин.

Выступы на катоде / (фиг. 1) могут быть расположены в одной плоскости с камерой, что дает возможность применить близко расположенный к катоду геометрически ему подобный добавочный плоский электрод-сетку 2, например, имеющую в сечении форму, приближающуюся к овальной. Эта сетка укреплена на двух поперечинах 4, 4, расстояние между которыми может быть сделано большим, чем ширина самого катода.

При этом уменьшение расстояния между электродами / и 2 при сохранении подобия для увеличения крутизны характеристики не влечет за собой местного перегрева сетки, что, как указывалось выше, имеет место в обычных электронных лампах.

Крепление катодов с подогревом проще всего производить с одной стороны за нить подогревателя, а с другой-за конец камеры. Во всех случаях в точках крепления неизбежно охлаждение камеры вследствие отвода тепла держателями, а, следовательно, и неравномерное нагревание выступов. Для того, чтобы выравнять температуру камеры и выступов, можно придать последним соответствующую форму, увеличивающую потребление тепловой энергии у середины и уменьшающую у краев. Формы выступов могут быть любые, так же как и число камер с подогревателями (фиг. 2) и их взаимное расположение в зависимости от предъявленных к катоду требований. Например, на фиг. 3 представлен в виде примера катод, к камере 6 которого присоединены два зубчатых плоских выступа 7. На фиг. 4 изображен разрез катода с несколькими выступами 7, образующими цилиндрическую поверхность. Возможно, однако, получение таким же путем любых замкнутых поверхностей. На фиг. 5 представлен катод с двумя камерами, соединенными плоскими листами металла, в котором вырезаны (выштампованы) отверстия 8 любой, например, прямоугольной формы.

Благодаря тому, что при предлагае-мой конструкции катода подогреватель отделен от камеры тонким слоем изолирующего материала, температура этого подогревателя не может заметно превышать температуры камеры и обезгаживание при откачке вакуумного прибора не затрудняется. Наиболее благоприятные результаты могут быть получены в случае покрытия выступов и камеры каким-либо активным слоем, например, окислами щелочно земельных металлов, испускающих электроны при низких температурах.

Особенностью предложенного катода является также возможность уменьшить влияние объемного заряда, распределив нужную эмиссию на большую поверхность, путем применения многочисленных выступов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Чем больше будет площадь, занятая выступами « промежутками, тем больше будет крутизна характеристики электронного тока в зависимости от приложенного поля.

Изготовление всех указанных катодоа возможно, например, путем щтамповки с одновременным выдавливанием углублений, служащих камерами для вставления подогревателя, и вырезанием выступов нужной формы. Указанная операция может производиться, например, путем штамповки двух совершгнно одинаковых половин, с последующей электросваркой по выступам около камеры (фиг. б), либо, как показано на фиг. 7, путем приварки небольшой накладки дпя образования камеры. Возможно также изготовление предложенных катодов пугем штамповки и сгибания из одого листа.

Предмет патента.

1.Катод с подогревом по авторскому свидетельству .Me 265 и с применением одного или нескольких плоских выступов, отличающийся тем, что материал, форма и сечение выступов подобраны таким образом, чтобы их тепловое сопротивление было достаточно мало для получения равномерной температуры по всей поверхности катода.

2.Фэрма выполнения катода поп. 1, отличающаяся тем, что указанные выступы снабжены вырезами или отверстиями.

3.форма выполнения катода по п.п. 1 и 2, отличающаяся тем, что все указанные выступы лежат в одной плоскости. к зависимому патенту Всесоюзного объединения электрослаботочной нромышленности № 33046

Ф и г. 1.

(

Фиг. б.

Лиг. 2.

и Г. 7.